云計算大數(shù)據(jù)運行控制技術(shù)對智能配電網(wǎng)影響的評價研究

唐　慧

(國網(wǎng)南京供電公司，江蘇南京210000)

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云計算大數(shù)據(jù)運行控制技術(shù)對智能配電網(wǎng)影響的評價研究

唐慧

(國網(wǎng)南京供電公司，江蘇南京210000)

摘要：集成云計算和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)將有利于實現(xiàn)智能化用電配送?；谘芯吭朴嬎愦髷?shù)據(jù)運行技術(shù)對智能配電網(wǎng)的影響，從電網(wǎng)堅強(qiáng)性、智能性和互動性影響3個方面構(gòu)建了云計算大數(shù)據(jù)運行控制技術(shù)對智能配電網(wǎng)影響評價指標(biāo)體系，在此基礎(chǔ)上，利用層次分析法對相關(guān)項目進(jìn)行了評價研究，評價結(jié)果表明，該項目可以為云計算和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的建設(shè)提供借鑒，也有助于提高相關(guān)的決策和管理水平。

關(guān)鍵詞：云計算；大數(shù)據(jù)；智能配電網(wǎng)；影響評價

0引言

智能電網(wǎng)將是我國電網(wǎng)未來發(fā)展方向。與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，智能配電網(wǎng)成為包含分布式電源的有源網(wǎng)絡(luò)，具有規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、點多面廣的特點，是一種多目標(biāo)、多約束、多運行特性的非線性、開放性的復(fù)雜智能系統(tǒng)，傳統(tǒng)的單向潮流變?yōu)殡p向潮流，運行形態(tài)和控制形態(tài)發(fā)生深刻變革。智能配電網(wǎng)控制對象具有非線性、時變性、不確定性以及分布性等特征，傳統(tǒng)的控制理論不能適應(yīng)智能配電網(wǎng)控制的需要[1]。在智能配電網(wǎng)的環(huán)境下，數(shù)據(jù)將進(jìn)一步被集成[2]。大數(shù)據(jù)和云計算相應(yīng)配合將會實現(xiàn)分布智能，在邏輯上或物理上分散的系統(tǒng)上并行地、相互協(xié)作地實現(xiàn)配電網(wǎng)相應(yīng)問題的求解。分布智能下的配電網(wǎng)具有自治性和協(xié)調(diào)性的特點，能夠有效簡化復(fù)雜問題。將云計算和大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)下的分布智能和自組織理論引入電力系統(tǒng)，可為解決智能配電網(wǎng)自動自愈控制這一復(fù)雜系統(tǒng)控制問題提供技術(shù)手段[3]。目前，大數(shù)據(jù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用已經(jīng)在微網(wǎng)以及電力負(fù)荷預(yù)測等領(lǐng)域開始著手研究[4-6]。大數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用必然會對電網(wǎng)公司產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，但是目前尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于云計算大數(shù)據(jù)運行控制技術(shù)對電網(wǎng)公司產(chǎn)生影響的相關(guān)研究。因此，本文對云計算大數(shù)據(jù)運行控制技術(shù)對智能配電網(wǎng)的影響進(jìn)行分析，構(gòu)建了云計算大數(shù)據(jù)運行控制技術(shù)對智能配電網(wǎng)影響的評價指標(biāo)體系，并利用層次分析法確定評價指標(biāo)權(quán)重。以提出指標(biāo)體系和評價方法為基礎(chǔ)，對實例進(jìn)行了對比分析，并提出了相關(guān)建議，以期對智能配電網(wǎng)的建設(shè)及發(fā)展提供相關(guān)決策借鑒。

1云計算大數(shù)據(jù)智能配電網(wǎng)的影響分析

云計算大數(shù)據(jù)在配電網(wǎng)側(cè)的集成是為了滿足大規(guī)?？稍偕茉春臀磥碛脩舻募床寮从茫瑢崿F(xiàn)用戶多品質(zhì)電力服務(wù)及電網(wǎng)的靈活運行控制。從這個目的出發(fā)，當(dāng)前的配電網(wǎng)需要重新設(shè)計網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計的一個關(guān)鍵是配電線路從輻射狀組合成一個高度交叉互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，以使電力用戶有更多的機(jī)會提高其用電裕度。因此，現(xiàn)代配電網(wǎng)必然是個靈活自治的配電系統(tǒng)，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可作為其基本結(jié)構(gòu)，以網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將電力輸送到每一個用戶端(城市和城鎮(zhèn))，主要帶來的影響有以下幾個方面：

(1)通過云計算和大數(shù)據(jù)集成可實現(xiàn)區(qū)域分布自治的、電壓靈活變換的、蜂窩狀交直流混供對等網(wǎng)絡(luò)。

(2)通過云計算和大數(shù)據(jù)進(jìn)行信息匹配計算，并通過質(zhì)量控制中心(Quality Control Center)，將用戶選擇其所需要的品質(zhì)電力進(jìn)行配送。

(3)在調(diào)度中心和質(zhì)量控制中心安裝了云計算和大數(shù)據(jù)集成控制系統(tǒng)。通過中控中心保持配電網(wǎng)系統(tǒng)處在最平穩(wěn)的運行方式。

(4)云計算和大數(shù)據(jù)下的配電系統(tǒng)主要的回路開關(guān)由電力電子設(shè)備構(gòu)成，利用分級的信息傳送系統(tǒng)和電力電子設(shè)備可以在正常、故障和恢復(fù)階段通過開關(guān)操作實現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。

(5)智能配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點全部安裝了通信網(wǎng)絡(luò)，以便能夠根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)或故障時的狀態(tài)控制電力電子設(shè)備或潮流，以便于通過云計算和大數(shù)據(jù)進(jìn)行實時控制。通信網(wǎng)同時也控制用戶管理系統(tǒng)。由上所述，這種靈活自治的配電系統(tǒng)可以實現(xiàn)多品質(zhì)電力服務(wù)和不間斷供電，而且通過通信網(wǎng)的管理和對電力電子開關(guān)的操作，這個配電網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)；提供可靠的電力供應(yīng)；還可以向用戶提供智能化的服務(wù)。

綜合上面的影響分析，可以建立云計算大數(shù)據(jù)運行控制技術(shù)對智能配電網(wǎng)的影響指標(biāo)體系如表1。

表1　云計算大數(shù)據(jù)運行控制技術(shù)對

2基于層次分析法的實證分析

層次分析法能夠有效地將錯綜復(fù)雜、模糊不清的相互關(guān)系轉(zhuǎn)化為定量分析關(guān)系。面對復(fù)雜的選擇問題，人們往往是將問題分解成各個組成因素，又將這些因素按支配關(guān)系分組形成遞階層次結(jié)構(gòu)，通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，然后綜合決策者的判斷，確定決策方案相對重要性的總的排序，從而做出選擇和判斷。利用層次法分析法確定指標(biāo)權(quán)重的步驟如下：

(1)構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣

首先，進(jìn)行兩兩比較構(gòu)建判別矩陣：

矩陣中：uij為 Ui與Uj相對于X的重要性的比例標(biāo)度，其標(biāo)度取值見表2。

表2　判斷矩陣各標(biāo)度含義表

其次，計算各層次中指標(biāo)的權(quán)重。其步驟如下：

a.計算判斷矩陣每一行因素的乘積Mi

(1)

b.計算Mi的n次方根

(2)

c.對向量W=[W1,W2,…,Wn]T進(jìn)行歸一化

(3)

由于指標(biāo)間進(jìn)行兩兩比較時不可能做到完全的一致性，因此，為保證層次分析法的可靠性，在求取歸一化的特征向量后需進(jìn)行一致性檢驗。

(2)計算隨機(jī)一致性指標(biāo)CI

(4)

(5)

式中：n為判斷矩陣的階數(shù)；λmax為判斷矩陣的最大特征根。

(3)計算一致性比率CR

(6)

式中：RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，可由表3查得。當(dāng)CR<0.1時，認(rèn)為判斷矩陣的一致性可以接受，否則應(yīng)對判斷矩陣作適當(dāng)修正，直到滿足一致性。

表3　平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

根據(jù)以上步驟，可得各層指標(biāo)的相對權(quán)重，再由各層指標(biāo)在總指標(biāo)體系中的位置，乘以次層權(quán)重，即可計算得出最低層各指標(biāo)的權(quán)重。

(4)選擇要比較排序的方案集X={x1,x2,…，xi,…，xn}，根據(jù)層次分析法的兩兩比較矩陣原理，依據(jù)各層指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，計算方案兩兩比較矩陣的特征向量作為方案各指標(biāo)的得分，形成評價向量。按照方案個數(shù)集合評價向量構(gòu)建出一個評判得分矩陣

(7)

結(jié)合第四步中計算出的權(quán)重給出最終綜合評價結(jié)果。

(8)

按照上述評價方法，通過專家調(diào)研計算獲取最終的判斷矩陣以及指標(biāo)值，根據(jù)實際情況對我國省級電網(wǎng)的云計算大數(shù)據(jù)運行控制平臺實例進(jìn)行分析評價，可以得到最終的權(quán)重如表4所示，結(jié)合專家打分，對我國省級電網(wǎng)構(gòu)建云計算大數(shù)據(jù)平臺的3個項目影響進(jìn)行對比評價，其中最終得分通過發(fā)放專家調(diào)查表計算專家最后得分的平均值得到，每個指標(biāo)專家打分分值范圍為[30,100]之間。最終計算結(jié)果如表5所示。

表4　準(zhǔn)則層權(quán)重兩兩比較矩陣及權(quán)重

表5　我國省級電網(wǎng)構(gòu)建云計算大數(shù)據(jù)

從計算結(jié)果上看，由于目前在電網(wǎng)企業(yè)中，我國電網(wǎng)公司構(gòu)建云計算大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)尚處于初期，因此普遍的整合影響低，多處于較好水平。從打分上看，各項影響均處于初期，尚未形成較為深遠(yuǎn)的影響，因此，得分多在70分左右，對于需求側(cè)互動能力、即插即用能力以及集成預(yù)警能力還有待于進(jìn)一步提高。因此，若要進(jìn)一步提高云計算大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)對我國電網(wǎng)的影響，需要進(jìn)一步加強(qiáng)智能電子元器件等數(shù)據(jù)反饋源的普及建設(shè)，加強(qiáng)電網(wǎng)的需求側(cè)互動能力以及分布式預(yù)警能力。此外，對于分布計算能力而言，大數(shù)據(jù)平臺以后需要和云計算技術(shù)結(jié)合形成分布式計算平臺，才能夠更加發(fā)揮大數(shù)據(jù)的分析能力。

3結(jié)論

本文對云計算大數(shù)據(jù)發(fā)展對我國配電網(wǎng)的影響評價進(jìn)行了研究，從電網(wǎng)堅強(qiáng)性、智能性和互動性影響3個方面構(gòu)建了云計算大數(shù)據(jù)發(fā)展對配電網(wǎng)發(fā)展影響評價的指標(biāo)體系，并利用層次分析法給出了指標(biāo)的權(quán)重，通過實際項目計算對比分析指出，目前的我國配電網(wǎng)發(fā)展應(yīng)該需要進(jìn)一步加強(qiáng)智能電子元器件等數(shù)據(jù)反饋源的普及建設(shè)，加強(qiáng)電網(wǎng)的需求側(cè)互動能力以及分布式預(yù)警能力。

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Study on Influence Evaluation of Big Data and Cloud Computing Technologies for Intelligent Distribution Power Grid

TANG Hui

(State Grid Nanjing Electric Power Company, Nanjing 210000, China)

Abstract：Integrated cloud computing and big data technologies are helpful to realize the intelligent decision-making of smart distribution. Based on the big data and cloud computing technologies, this paper constructs a relatively complete evaluation index system from the perspective of strong, intelligent and interactive grid. The system proposed in this paper is to assess the impact of the big data and cloudy computing technologies on smart grid and the indicators’ weights are given by AHP method. Finally, the result is drawn as follows: the evaluation result of the proposed method is more successful. It can provide reference for related project construction, and scientifically improve the level of management and decision making of the related departments.

Keywords：cloudy computing; big data; smart distributed grid; impact evaluation

收稿日期：2015-12-07。

基金項目：國家電網(wǎng)公司總部科技項目(KJGW2015-020)。

作者簡介：唐慧(1986-)，女，經(jīng)濟(jì)師，研究方向為電力市場，E-mail：995641080@qq.com。

中圖分類號:TM615

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.04.006